Законы постоянного тока. Подготовка к ЕГЭ 11 класс

30
Белово 2010

электрическое сопротивление
Закон Ома для участка цепи
Электродвижущая сила
Закон

Ома для полной электрической цепи
Параллельное и последовательное соединение проводников
Работа электрического тока. Закон Джоуля–Ленца
Мощность электрического тока
Носители электрического заряда в различных средах
Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковый диод

Цель: повторение основных понятий, законов и формул ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА в соответствии с кодификатором ЕГЭ.

носителей электрического заряда называется электрическим током.
Сила тока I – скалярная

физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени Δt, к этому интервалу времени:
В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А).
Напряжение — это отношение работы тока на определенном участке электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи.
Единицей измерения напряжения станет 1 вольт
1 Дж/Кл = 1В.
За направление тока принимается направление движения положительных зарядов

S – площадь поперечного сечения проводника,
– электрическое поле

величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах

проводника к силе электрического тока, протекающему по нему;
где ρ — удельное сопротивление вещества проводника,
l — длина проводника,
S — площадь сечения.

S – площадь поперечного сечения проводника,
– электрическое поле

сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно

пропорциональна сопротивлению проводника.
Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками)

устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи

за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока.
Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.
Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

для участка цепи, содержащего ЭДС): сила тока в полной цепи

равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи
IR = U12 = φ1 – φ2 +  = Δφ12 + ε 
Ток короткого замыкания:
Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r.

равно сумме сопротивлений отдельных проводников
U1 = U2 = U
I = I1 + I2
При параллельном соединении проводников величина, обратная

общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

При последовательном соединении

При параллельном соединении

ΔQ = ΔA = RI2Δt

источника
Мощность во внешней цепи
Коэффициентом полезного действия источника

в пяти различных средах:
Металлах
Вакууме
Полупроводниках
Жидкостях
Газах

движение электронов под действием электрического поля.
Опыты показывают, что при

протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
Носителями заряда в металлах являются электроны;
Процесс образования носителей заряда – обобществление валентных электронов;
Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника – выполняется закон Ома;
Техническое применение электрического тока в металлах: обмотки двигателей, трансформаторов, генераторов, проводка внутри зданий, сети электропередачи, силовые кабели.

средняя длина свободного пробега частицы больше размера сосуда, то есть

молекула пролетает от одной стенки сосуда до другой без соударения с другими молекулами.
В результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и электрический ток не возникает.
Для создания носителей заряда в вакууме используют явление термоэлектронной эмиссии.
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ – это явление «испарения» электронов с поверхности нагретого металла

возможность свободно перемещаться внутри кристалла, так что при приложении электрического

поля возникает направленное перемещение электронов.
полупроводники представляют собой нечто среднее между проводниками и изоляторами.
У полупроводников с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами.

Полупроводники - твердые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий (в основном от нагревания и от освещения).

Зависимость удельного сопротивления ρ чистого полупроводника от абсолютной температуры T.

нагревание, освещение или внедрение примесей;
закон Ома не выполняется;
техническое применение –

электроника.

кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости).
одновременно в местах разрыва

связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название «дырок».
Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью.
Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную проводимости.

полупроводник, то появляются свободные электроны.
Проводимость –электронная,
примесь донорная,
полупроводник

n – типа.

Если примесь имеет валентность меньшую, чем чистый полупроводник, то появляются разрывы связей – дырки.
Проводимость – дырочная,
примесь акцепторная,
полупроводник p – типа.

Электронная проводимость

Дырочная проводимости

Атом мышьяка в решетке германия. Полупроводник n-типа.

Атом индия в решетке германия. Полупроводник p-типа.

двух полупроводников с разными типами проводимости.
При контакте двух полупроводников n-

и p-типов начинается процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область.
Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний.

положительный полюс источника был соединен с p-областью, а отрицательный с

n-областью, то напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться.
Дырки из p-области и электроны из n-области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать n–p-переход, создавая ток в прямом направлении.
Сила тока через n–p-переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.

тока так, что положительный полюс источника соединен с n-областью, а

отрицательный – с p-областью, то напряженность поля в запирающем слое возрастает.
Дырки в p-области и электроны в n-области будут смещаться от n–p-перехода, увеличивая тем самым концентрации неосновных носителей в запирающем слое.
Ток через n–p-переход практически не идет.
Напряжение, поданное на n–p-переход в этом случае называют обратным.

транзисторами.
Название происходит от сочетания английских слов: transfer – переносить и

resistor – сопротивление.
Обычно для создания транзисторов используют германий и кремний.
Транзисторы бывают двух типов: p–n–p-транзисторы и n–p–n-транзисторы.
В транзисторе n–p–n-типа основная германиевая пластинка обладает проводимостью p-типа, а созданные на ней две области – проводимостью n-типа.
Пластинку транзистора называют базой (Б),
одну из областей с противоположным типом проводимости – коллектором (К),
вторую – эмиттером (Э).
В условных обозначениях разных структур стрелка эмиттера показывает направление тока через транзистор.

Транзистор структуры p–n–p

Транзистор структуры n–p–n.

Включение в цепь транзистора p–n–p-структуры

протекание электрического тока сопровождается переносом вещества.
Носителями свободных зарядов в

электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы.
Электролитами являются водные растворы неорганических кислот, солей и щелочей, расплавы
Сопротивление электролитов падает с ростом температуры, так как с ростом температуры растёт количество ионов.

Электролиз водного раствора хлорида меди.

электролиты;
Положительно заряженные ионы (анионы) под действием электрического поля стремятся

к отрицательному катоду,
а отрицательно заряженные ионы (катионы) - к положительному аноду.

Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе:
Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:
m = kQ = kIt
Величину k называют электрохимическим эквивалентом.

F = eNA – постоянная Фарадея.

– электролитическая диссоциация;
электролиты подчиняются закону Ома;
Применение электролиза : получение цветных металлов

(очистка от примесей - рафинирование); гальваностегия - получение покрытий на металле (никелирование, хромирование, золочение, серебрение и т.д. ); гальванопластика - получение отслаиваемых покрытий (рельефных копий).

изображенном на рисунке, равно 3 Ом. Найдите общее сопротивление участка.

2/3 Ом
1,5 Ом
3 Ом
6 Ом

в 2 раза. Как изменилась мощность электроплитки?
увеличилась в 2

раза
увеличилась в 4 раза
уменьшилась в 2 раза
уменьшилась в 4 раза

сопротивление круглого угольного стержня от его диаметра. Какие стержни нужно

использовать для такой проверки?

А и Г
Б и В
Б и Г
В и Г

Ом. Определите мощность тока, проходящего через нагревательный элемент при напряжении

220 В.

Ответ: _______________Вт

2420

P = U2 /R

изображенного на рисунке, если R1 = 1 Ом, R2 =

10 Ом, R3 = 10 Ом, R4 = 5 Ом?

9 Ом
11 Ом
16 Ом
26 Ом

Ом каждая соединены последовательно и включены в сеть с напряжением

220 В. Через какое время на этой плитке закипит вода массой 1 кг, если ее начальная температура составляла 20°С, а КПД процесса 80%? (Полезной считается энергия, необходимая для нагревания воды.)

V1 показывает напряжение 2 В, вольтметр V2 – напряжение 0,5 В.

Напряжение на лампе равно

0,5 В
1,5 В
2 В
2,5 В

резисторами, измеряя значения силы тока, проходящего через них при разных напряжениях

на резисторах, и результаты заносил в таблицу.

Прямая пропорциональная зависимость между силой тока в резисторе и
напряжением на концах резистора

выполняется только для первого резистора
выполняется только для второго резистора
выполняется для обоих резисторов
не выполняется для обоих резисторов

с. Сила тока в канале молнии около 2.104 А. Какой

заряд проходит по каналу молнии?

40 Кл
10-7 Кл
10 Кл
4.10-8 Кл

прохождении через нее электрического тока. С каким из приведенных ниже

утверждений вы согласны?

Внутренняя энергия спирали увеличивается.
Внутренняя энергия спирали уменьшается.
Внутренняя энергия спирали не изменяется.
Механическая энергия спирали увеличивается.

напряжения на концах резистора, ученик получил изображенный на рисунке график.

По этому графику он рассчитал значение сопротивления резистора, которое оказалось равным . . .

0,5 Ом
1 Ом
1,5 Ом
2 Ом

1,6 В и внутренним сопротивлением 0,3 Ом

замкнут проводником с сопротивлением 3,7 Ом. Сила тока в цепи равна…

0,3 А.
0,4 А.
2,5 А.
6,4 А.

технических устройствах использованы достижения в области физики полупроводников? А. солнечная батарея Б.

компьютер В. радиоприемники

только в А
только в Б
только в В
и в А, и в Б, и в В

на рисунке, ползунок реостата перемещают вправо. Как изменились при этом

показания вольтметра и амперметра?

показания обоих приборов увеличились
 показания обоих приборов уменьшились
 показания амперметра увеличились, вольтметра уменьшились
 показания амперметра уменьшились, вольтметра увеличились

а приложенное к нему напряжение уменьшили в 2 раза. Как

изменилась сила тока, протекающего через резистор?

уменьшилась в 2 раза
увеличилась в 4 раза
уменьшилась в 4 раза
не изменилась

раз трехвалентный индий, а во второй раз пятивалентный фосфор. Каким

типом проводимости в основном будет обладать полупроводник в каждом случае?

в обоих случаях электронной
в I – электронной, во II – дырочной
в I – дырочной, во II – электронной
в обоих случаях дырочной

цилиндрического проводника и электрическое напряжение на его концах увеличатся в

2 раза, то сила тока, протекающая по нему.

не изменится
увеличится в 2 раза
увеличится в 4 раза
уменьшится в 4 раза

лампой, если, не изменяя её электрическое сопротивление, уменьшить напряжение на

ней в 3 раза?

уменьшится в 3 раза
уменьшится в 9 раз
не изменится
увеличится в 9 раз

участке электрической цепи сила тока I в цепи изменяется в

соответствии с графиком (см. рисунок). Электрическое сопротивление на этом участке цепи равно

2 Ом
0,5 Ом
2 мОм
500 Ом

цепи 0,3 А сопротивление лампы равно 10 Ом. Мощность электрического тока,

выделяющаяся на нити лампы, равна

0,03 Вт
0,9 Вт
3 Вт
30 Вт

В участка электрической цепи, представленной на рисунке, равно
14 Ом
8 Ом
7

Ом
6 Ом

= 6 В подключили реостат. На рисунке показан график изменения

силы тока в реостате в зависимости от его сопротивления. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?

0 Ом
0,5 Ом
1 Ом
2 Ом

силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему

равно сопротивление проводника?

0,125 Ом
2 Ом
16 Ом
8 Ом

ток в водном растворе соли?
только ионами
электронами и «дырками»
электронами и ионами
только

электронами

сопротивлением 0,5 Ом подключили реостат. На рисунке показан график зависимости силы

тока в реостате от его сопротивления. Чему равна ЭДС источника тока?

12 В
6 В
4 В
2 В

течет постоянный ток I = 10 А. Какую силу тока показывает амперметр? Сопротивлением

амперметра пренебречь.

2 А
3 А
5 А
10 А

постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q. Если

сопротивление нагревателя и время t увеличить вдвое, не изменяя силу тока, то количество выделившейся теплоты будет равно

8Q
4Q
2Q
Q

рисунке, сопротивление каждого из резисторов равно 2 Ом. Полное сопротивление

участка равно

8 Ом
6 Ом
5 Ом
4 Ом

силы тока в лампе накаливания от напряжения на ее клеммах.

При напряжении 30 В мощность тока в лампе равна

135 Вт
67,5 Вт
45 Вт
20 Вт

(см. рисунок), если ключ К замкнуть? (Каждый из резисторов имеет

сопротивление R.)

R
2R
3R
0

квартиры стоит предохранитель, размыкающий цепь при силе тока 10 А.

Подаваемое в цепь напряжение равно 110 В. Какое максимальное число электрических чайников, мощность каждого из которых равна 400 Вт, можно одновременно включить в квартире?

2,7
2
3
2,8

Показания включенного в цепь амперметра даны в амперах.
0,8 В

1,6 В
2,4 В
4,8 В

Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, если его подключить параллельно резистору 3 Ом?

заданий ЕГЭ 2010, Физика [Текст]: учебное пособие для выпускников. ср.

учеб. заведений / А.В. Берков, В.А. Грибов. – ООО "Издательство Астрель", 2009. – 160 с.
Касьянов, В.А. Физика, 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В.А. Касьянов. – ООО "Дрофа", 2004. – 116 с.
Мякишев, Г.Я. и др. Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / учебник для общеобразовательных школ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев . –" Просвещение ", 2009. – 166 с.
Открытая физика [текст, рисунки]/ http://www.physics.ru
Подготовка к ЕГЭ /http://egephizika
Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика //[Электронный ресурс]// http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
Электрическое сопротивление, Материал из Википедии — свободной энциклопедии /http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
Электрический ток. Электричество в доме и на даче   / http://www.mukhin.ru/stroysovet/electro/001.html
Физика. Персональный сайт Лукиновой Е.Н. Таблицы / http://fizluk.lunatic.kz/index.php?option=com_content&view=article&id=27&Itemid=30&lang=ru
Мир ума, Развитие способностей человека. / Видео, Физика   Электрический ток в различных средах / http://www.miruma.ru/elektricheskiy-tok-v-razlichnyih-sredah/

Используемая литература